通電加熱法による多種類熱物性値の同時測定法に関する研究

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通電加熱法による多種類熱物性値の同時測定法に関する研究

著者高橋一郎

雑誌名静岡大学大学院電子科学研究科研究報告

巻 13

ページ 139‑140

発行年 1992‑03‑30

出版者静岡大学大学院電子科学研究科

URL http://hdl.handle.net/10297/1740

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氏名。(本籍

)

高

橋

^一

郎 (山形県)

学位の種類工学博士学位記番号

工博乙第

28

^号

学位授与の日付

平成 2年 8月 ^10日

学位授与の要件

学位規則第5条第2項該当

°学位論文題目

通電加熱法による多種類熱物性値の同時測定法に関する研究

論文審査委員 (委^員長⁾

教授荒木信幸

教授児山

^仁

^{教授} ^野 ^{田直剛}

教授秋山鐵夫

^助教授 ^{牧野}

^敦

論文内容の要旨

工業技術の発展を支えているものの一つに材料科学がある。殊に近年,新素材の開発がめざましく^, 超耐熱合金やアモルファス合金などの応用技術が進展しつつある。それに伴って,広範囲な温度域での熱物性情報が強く望まれている。しかるに,広い温度範囲の測定では,熱膨張率などほかの熱物性の変化が測定精度に影響するため,関係する熱物性値も同時に測定する必要がある。また,要求度の高い測定対象は難加工性のものが多く,従来法の適用が容易でないことが多い。

以上の観点から,本研究は,金属など導電性団体の多種類の熱物性値が同時測定可能な測定方法を開発し,更に各測定条件に関係する理論誤差を解析し本方法の有用性を明らかにしたものである。

本論文を要約すると次のとおりである。すなわち,第^1章^では,本研究の背景と目的を述べている。

第 2章では,固体熱物性測定法の既往の研究,および本通電加熱法が測定対象としている熱物性値ごとに,それぞれの測定法の現状を概説している。そして特に重要な熱 3定数の測定法における本測定法の位置づけをしている。第 3章では,本測定理論をまとめて示している。測定でぎる熱物性値は^, 熱膨張率,電気抵抗率,全半球放射率,熱伝導率, トムソン係数,比熱,および温度伝導率などであ

る。試料は,円形または矩形断面の棒状のもので,薄いリボン状試料も適用可能である。また,測定温度域は常温から1000K程度の高温域と広範囲である。第 4章では,本研究において改良開発された測定装置とその測定方法について述べている。本装置の特徴は,水冷真空容器の中に試料保持部と熱電対プロープ走査測定部が分離して固定されているため,測定部に試料加熱による熱的影響が及ばないこと。温度はもちろん基礎測定量の殆どが一本の熱電対プローブを用いて測定できること・。このプロープ先端は接触覚センサも兼ねており,測定時のみ試料表面に接触するようにしていること。温

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度計測では,いわゆるバランス法を適用していること。したがって,試料に熱電対を貼り付けるなどの熟練を要する加工が不要なことである。また, この場合に問題となる温度測定誤差は補正係数を導入することによって除去できるため,試料温度の測定精度が高いことである。本測定装置では 1台のコンピュータによって温度制御とオンライン計測がなされる。測定方法は,昇温定常加熱モード,定

常温度分布測定モード,および非定常温度変化測定モードに分かれており,それらの測定結果によって上記のような多種類の熱物性値が得られる。第5章では,各熱物性値測定条件に関係する測定誤差の影響度を理論解析によって明らかにしている。特に,試料断面内に温度分布が存在することに起因する理論誤差を求め,その評価式を導出している。その結果から,矩形断面試料のほうが円形断面のそれより有利であることが示されている。さらに,放射率測定において,従来十分考慮されなかった試料周囲からの反射による影響度を見積もる方法が示されている。以上の結果を利用して,試料の最適形状寸法を選定する方法について述べている。第6章_では,」IS・ SUS304及_{び純銀の円形断面棒}

状 (直径^3111111)試料の測定結果を示し,各熱物性値の測定精度を評価している。例えば,SUS304の

熱伝導率が 300〜960KにおいてNBSの SRM公_{表値に対し}5%の差で求められている。第 7章では,

厚さ^20μ m程度の極薄リボン状試料の適用例を示している。すなわち」IS e SUS304とアモルファス合金4種_{類の測定結果から},アモルファス合金も結晶性の金属と似た電子の挙動によってその熱物性が左右されることを明らかにしている。第8章では,金属基板に被覆した非金属塗膜の全半球放射率と熱伝導率の同時測定法を呈示している。純銅の矩形断面棒状試料の片面に黒色耐熱塗料を塗布したものを用いて本通電加熱装置により測定した結果は, この塗料を放射伝熱促進に利用する場合の有効な熱物性情報を与えている。第9章では,本測定法において比較的低い温度域での熱物性値測定精度を向上させるために,試料表面を黒色巻膜によって高放射率面にすることが有効であることを示している。その場合,比熱測定における塗膜の存在による理論誤差を理論解析によってその影響度を見積もっている。矩形断面棒状試料を用いた比熟測定の結果は,600K以下で文献値と良く一致している力湖00Kではそれより7%低い値が得られている。また,温度計測において,前述の補正係数を測定して求めた非定常温度変化と,試料に熱電対を直接スポット溶接して測定した結果とを比較している。

その結果から,この補正係数を測定すれば熱電対プローブによる温度測定確度が十分高く本方法が有効である通とを明らかにしている。第^10章は本論文の総括であり,各章で得られた結果を要約してい

る。

以上により,本通電加熱法は,広い温度範囲で精度良く多種類の熱物性値が測定できること。および,従来法では測定が困難であった極薄試料の適用が可能であることなど,本測定法の有用性が実証された。

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